基于CAPE-OPEN标准的复杂吸收塔单元模块开发

吸收过程的模拟计算在化工流程模拟中具有重要地位。单独一种算法很难适用不同类型吸收过程的计算,因此,开发能计算不同类型吸收过程的复杂吸收塔单元模块具有重要意义。基于CAPE-OPEN标准,对复杂吸收塔单元模块进行开发,首先明确复杂吸收塔的功能,根据流量加和法、新松弛流量加和法建立数学模型及求解算法;其次,采用C++语言,通过COM组件技术开发吸收塔单元模块;最后,分别通过非极性体系和极性体系两个吸收实例对所开发单元模块进行测试。将计算出的各塔板温度、汽液相流量、组成与Aspen Plus计算结果进行对比,结果表明,除个别含量很小的组分组成相对误差较大外,其余各塔板温度、汽液相流量、组成相对误差均在0.3%以内,表明该单元模块计算结果准确可靠,对于吸收过程的模拟与优化具有重要的实际意义。     

基于Cape-Open标准的复杂精馏塔单元模块开发

精馏过程模拟计算是化工过程模拟的重要组成部分,其单元模块开发具有重要意义。为实现基于Cape-Open标准的复杂精馏单元,首先要定义复杂精馏塔的功能,建立精馏过程的数学模型,并根据新松弛法与三对角矩阵泡点法的联合算法建立其数学模型并完成相应的数学模型求解算法;其次,基于Cape-Open标准,采用C++语言与COM组件将数学模型、求解算法和用户界面分别封装到各自类中。最后,通过两组极性体系的精馏实例对所开发模块进行验证,分别经过10次迭代和7次迭代求解后达到收敛精度。将各塔板温度、汽液相组成等计算结果同过程模拟软件Aspen Plus对比、分析并得出结论。所开发的复杂精馏塔单元模块可以较好的计算塔内各平衡级的组成、流量和温度分布,表明该精馏单元模块所求得的结果是可靠的。     

基于CAPE-OPEN标准的Gibbs反应器单元模块开发

Gibbs反应器单元模块是以Gibbs自由能最小为原理计算化学反应平衡和相平衡,在化工流程模拟计算中具有重要地位。通过在Rand法中引入拉格朗日乘子并结合最速下降法建立Gibbs反应器单元模块的数学模型,采用C++语言和COM组件技术,开发了遵循CAPE-OPEN标准的Gibbs反应器单元模块。通过两个实例模拟验证所开发单元模块并将计算结果并同化工流程模拟软件AspenPlus进行对比。结果表明,所开发的Gibbs反应器单元模块能够有效模拟汽液相化学反应过程,并且计算结果与Aspen Plus基本一致,从而验证该单元模块具有较高的准确性和可靠性。     

换热网络模拟系统的开发研究

为了满足工程上对换热网络模拟计算的要求,本文开发了计算功能强大的换热网络模拟系统。该模拟系统分为4大模块:分解收敛模块、物性处理模块、输入输出模块和单元模块。其中单元模块包括换热器、闪蒸罐、管道、阀门和泵等子模块,因此该系统能够模拟诸多单元模块组成的网络,并且对换热器的计算能自动判断相变和温度交叉现象。除能计算常规组分外,本系统还具有处理石油馏分的能力。最后以某厂加氢裂化装置部分换热网络为例,进行了模拟验证。将模拟结果与实际结果进行比较,结果显示两者平均相对误差在5%以内,模拟结果能够满足工程计算要求,表明建立的各单元模块数学模型是正确的,开发的换热网络模拟系统是可行的。     

基于CAPE-OPEN标准的管路单元模块开发

CAPE-OPEN标准化工单元模块是实现基于CAPE-OPEN标准的化工模拟软件的重要组成部分,开发完成的单元模块可以作为软件的一部分被系统识别调用,不仅实现了软件间的集成,而且单元模块的调用是通过动态链接库文件的形式完成的,很好地保护了开发者的知识产权。本文采用C++语言与COM组件技术,根据CAPE-OPEN标准开发了支持单相流和两相流压降求解的管路单元模块。对其数学模型、求解算法和用户界面分别用不同的类进行描述,通过实例将管路单元模块的计算结果同国际通用的过程模拟软件Aspen Plus V7.2对比,结果表明开发的单元模块管路准确性高,具有较强的理论和实际应用价值。     

多元料浆气化流程建模及分析

多元料浆气化技术(MCSG)是能源化工领域中煤炭清洁利用的新技术,主要用于合成氨、合成甲醇等基础化工原料工业以及燃料、制氧行业.化工流程模拟在化工过程的开发设计、挖潜改造、节能增效和生产指导方面是1种科学高效的研究方法.本文对多元料浆气化流程建立了流程模拟模型,并对操作参数和工艺条件变化时的情况进行了模拟分析.本文利用所建模型对1个年产15万吨合成氨和15万吨甲醇的煤气化流程进行了模拟,粗煤气中有效气体H2和CO误差分别为0.35%和1.49%,其他各组分误差一般也低于1%～2%.模拟结果验证了煤气化流程模型能准确的反映生产实际情况.此外,由于洗涤塔的操作参数将影响出口的粗煤气中的有效气体H2和CO的组成,本文分析了出洗涤塔操作参数对粗煤气中有效气体(H2和CO)流量的影响,当温度压力以及入洗涤塔工艺冷凝液分别变化10%时,有效气体变化分别为6.896e,1.7‰和0.16%,并提出了相应的调控策略.     

面向对象技术的多元缔合体系闪蒸模拟

用面向对象技术抽象出闪蒸类结构和功能,实现闪蒸类的封装、继承、属性和方法.对缔合体系汽相采用维里方程,液相用UNIQUAC方程修正其非理想性,校正缔合组分汽相焓的计算,建立相平衡模型.用一维或二维New-ton-Raphson法对缔合和一般体系的闪蒸过程方程组进行多元闪蒸分离计算,模拟结果与文献值对比平均卡机对偏差小于2.46%.软件将面向对象技术和缔合物系热力学模型及数值分析方法结合,进行闪蒸单元操作的模拟分离计算.可作为基础模块用于化工过程流程模拟、分析、优化及系统集成开发并可用于实际生产过程的闪蒸计算.     

溶剂脱沥青抽提段的模拟与优化

溶剂脱沥青装置是炼油企业重要的加工单元之一,本文首次以Aspen Plus为工具模拟研究丙烷溶剂脱沥青过程抽提段,选用其中的萃取(EXTRACT)模块,考察不同的热力学方法对萃取的影响,筛选出萃取效果较好的PSRK法.并优化减压渣油虚拟组分的族组成分布,模拟计算结果为:99.97%的石蜡组分(Paraffinics)集中在萃取相中,基组分(Primitive)在轻重两相中的分率各为:46.56%和53.44%,而萃余相中则集中了85.92%的芳香组分(Aromatics)和91.21%的金属等杂质(Impurities).与现场数据相比,脱沥青油(Deasphalted oil,DAO)流量的相对误差为1.85%,其余误差都不超过1%.     

数据驱动的集成化工过程系统

提出数据驱动的集成化工过程系统（ＩＣＰＳ）的功能和总体结构．开发了适合化工过程模拟的数据库管理子系统，开发了面向数据库库化工单元模块和过程模块，按面向对象的策略在微机上实现了集成化工过程系统．     

基于Aspen Plus的Petlyuk塔模拟与优化

利用Aspen Plus软件,对Petlyuk塔进行模拟和优化。采用三塔等效流程,进行简捷计算,确定Petlyuk塔的初始参数。在初始参数下,利用Aspen Plus的Multifrac-Petlyuk模块严格模拟,并利用Sensitivity模块,分别优化回流比R、进料位置、侧线出料位置、互连位置及互连物流流量等参数。以乙醇-正丙醇-正丁醇三元体系为例,模拟和优化结果为:主塔塔板数58,预分塔塔板数29,进料在预分塔第12块板,侧线出料在主塔第28块板,主塔摩尔回流比4.6,预分塔塔顶和主塔互连位置在主塔第18块板,塔底和主塔互连位置在第47块板,主塔返回预分塔顶部的液相流量为65 kmol/hr,返回预分塔底部的气相流量为145 kmol/hr。在此优化参数下,可得到98.9%乙醇、98.7%正内醇和99.0%正丁醇,达到分离要求。模拟和优化的结果对工业化设计和生产具备指导意义。     

化工原理课程优化设计多媒体CAI课件的开发与应用

利用Visual Baisic5.0语言和Authorware5.0为开发工具，开发成功化工原理课程优化设计多媒体CAI课件。课件有两大功能模块，一是多媒体学习模块，利用该模块可以学习不同化工单元操作优化设计的建模思路及模型求解算法；二是设计计算模块，利用该模块可以对不同化工单元操作设计（常规设计或优化设计），选择适宜的算法进行设计计算。课件在操作平台下独立运行，界面友好、操作方便、运行可靠稳定。     

填料塔在化工生产中的应用和发展

<正> 塔设备是化工、炼油生产中最重要的设备。它使气(汽)液或液液两相之间进行紧密接触,达到相际传质及传热的目的。通常在塔设备中完成的单元操作有:精馏,吸收、解吸和萃取等。从结构上分,塔器可分为板式塔和填料塔。过去选择塔型时,往往认为大塔选板式塔,小塔选填料塔,其主要原因是板式塔研制开发的时间长,其流体力学和传质模型比较     

萃取精馏分离乙醇-甲苯共沸体系的模拟与优化

利用化工流程模拟软件,选用Wilson模型作为气液平衡的计算模型,对萃取精馏分离乙醇-甲苯共沸物的过程进行模拟研究。考察不同溶剂对乙醇一甲苯相对挥发度的影响,筛选出适宜的溶剂为正丙苯。对溶剂和原料的进料位置、溶剂比、回流比和溶剂进料温度对萃取精馏效果的影响进行了模拟分析。在保证产品乙醇、甲苯质量分数均在0.998以上的条件下,萃取精馏塔模拟优化结果为:全塔总理论板数35块,溶剂进料位置第16块塔板、原料进料位置第32块塔板、溶剂比1.2、回流比1.6、溶剂进料温度为常温。模拟结果可用于指导实际过程分析和设计。     

合成气制乙二醇粗产品提纯工艺的模拟研究

本文利用流程模拟软件Aspen Plus对合成气制乙二醇粗产品的提纯工艺进行研究,通过选用合适的热力学方法、分离模块和恰当的分离顺序等对合成气制乙二醇生产过程中产品的提纯工艺进行了模拟研究。运用Aspen中灵敏度分析工具分别对乙二醇分离过程中的脱甲醇塔、中杂塔、脱乙醇塔、脱丁二醇塔系和精制塔等进行模拟和优化,对与乙二醇形成共沸的组分1,2-丁二醇,文中对比了共沸精馏和萃取法两种分离方法,最终选择了分离效率高、能耗小的萃取方法。通过对各个塔的理论塔板数、进料位置以及回流比等参数的模拟确定了其最优操作条件。并基于这些最优操作条件和连续萃取的分离方法,对整个提纯工艺进行了模拟,得到了纯度较高的乙二醇产品和甲醇、1,2-丁二醇等副产品。论文的结果将为乙二醇的工业生产提供参考。     

ChemCAD软件及在化工课程设计中的应用

ChemCAD是美国Chemstations公司开发的化工流程模拟软件，广泛应用于化学和石油工业、炼油、油气加工等领域中，为工艺开发、工程设计、优化操作和技术改造提供理论指导。本文主要介绍该软件功能和应用方法，结合某厂乙苯车间的苯回收塔和乙苯产品塔工艺计算和设计实例，讨论其在化工课程设计中的应用。并将乙苯塔ChemCAD计算结果和Aspen Plus计算值以及生产值进行比较、．相对误差小，符合较好。     

通用蒸汽动力系统的综合与模拟

为解决实际化工生产中各生产单元、工艺过程对不同品级蒸汽的需求,本文把不同的蒸汽动力循环过程归纳综合成一种通用的过程,并使过程模型化。基于这种通用的数学模型,开发了可以模拟计算蒸汽动力循环过程的计算机软件。通过实例表明通过该软件程序可以计算系统各单元的蒸汽和水的热力学性质、流量及换热单元的热负荷,为过程动力、热能、工艺蒸汽等的分配提供参考数据,对实际生产具有重要的指导意义。     

钴,镍萃取平衡数学模型及串级萃取过程最优化计算

本文把ＣｏＣｌ２－ＮｉＣｌ２－Ｈ２Ｏ－Ｒ３Ｒ’ＮＣｌ萃取平衡体系的实验数据关联为数学模型，对萃取过程进行串级模拟和最优化计算，并在日处理０．９Ｍ＾３料液的生产性试验中得到验证。计算得到的主要工艺参数，两相出口的主要指标，各组分浓度及分配比的逐级分布都与试验结果基本相符。     

热法磷酸塔内反应温度及传热特性计算

本文对热法磷酸塔内的传热及反应过程进行了数值模拟研究，针对云南省磷化工中试基地所提供的磷酸塔的设计结果，探讨了喷磷量的变化及过量空气系数对磷酸塔壁面平均热流、最大热流值、反应温度和磷酸塔出口平均温度的影响规律。模拟结果表明，在固定空气流量或喷磷量的条件下，在过量空气系数较宽的范围内，随着过量空气系数的增加，壁面平均热流、最大热流值和反应温度均呈线性下降规律。当固定空气流量时，随着过量空气系数的增加，磷酸塔出口平均温度也呈线性下降规律，但在喷磷量不变的条件下，磷酸塔出口平均温度随过量空气系数却呈线性增加规律。此外，在相同的过量空气系数条件下，随着喷磷量的提高，磷酸塔壁面平均热流、最大热流值、反应温度和磷酸塔出口平均温度均呈线性增加规律。     

水煤浆气化装置水洗过程的建模与优化

煤气化技术的发展不仅提高了煤炭的高效清洁综合利用,同时也减小了煤直接燃烧造成的环境污染.煤气化过程的建模与优化具有十分重要的现实意义.本文基于化工分离技术,建立了水煤浆气化装置水洗过程的模型,并实现了流程模拟.模拟结果与实际工业过程数据相符,模型具有一定的精度.通过灵敏度分析,考察了变换冷凝液的流量和温度,水洗塔出口压力,进口粗合成气的温度、压力、负荷等关键操作参数对出口合成气水汽比的影响.分析结果表明,合成气中的水汽比随着变换冷凝液流量的增加而减小,温度的升高而增加;进口粗合成气对水汽比的大小影响较大,流量越大、温度越高,则水汽比越大;而水洗塔出口压力对水汽比的影响较小,随着压力增加水汽比有一定的减小.根据灵敏度分析的结果,对水煤浆气化装置进行了工艺操作参数的优化,提高了合成气中的水汽比,使之更利于后续工段的生产.     

基于神经网络的聚氯乙烯汽提过程自适应解耦控制

聚氯乙烯汽提过程具有高度非线性和时变性等特点,是一类复杂的非线性工业过程.首先基于动态模糊神经网络建立了数据驱动的聚氯乙烯树脂（PVC）汽提过程的被控对象模型;然后采用一种神经网络分散式解耦控制器对汽提过程进行解耦,得到浆料流量-塔顶温度和蒸汽流量-塔底温度两个单变量系统;最后采用BP神经网络PID控制器对系统进行控制.仿真实验结果验证了所提出集成控制策略的有效性.